城市煤氣聯(lián)產(chǎn)甲醇設備的設計

河南化工HENAN CHEMICAL INDUSTRY2007年第24 卷設計城市煤氣聯(lián)產(chǎn)甲醇設備的設計算李福達, 楊志敏(河南省化工設計院有限公司, 河南鄭州450052 )摘要針對城市煤氣聯(lián)產(chǎn)甲醇的特定生產(chǎn)條件在堅持引進(jìn)消化吸收的前提下借鑒集成國內外先進(jìn)適用技術(shù),設計了甲醇合成塔、甲醇分離器、中間換熱器等甲醇合成的關(guān)鍵設備從而保證了城市煤氣聯(lián)產(chǎn)甲醇項目的順利竣工投產(chǎn)和長(cháng)期穩定良好運行。關(guān)鍵詞城市煤氣;甲醇合成塔;甲醇分離器;設計中圖分類(lèi)號:TQ223. 121文獻標識碼:B文章編號:1003 - 3467( 2007 )02 -0038 -02河南義馬煤氣化工程是經(jīng)國務(wù)院批準的國家重少 -半的供氣能力對于調峰不是最佳選擇。點(diǎn)建設項目是利用澳大利亞政府貸款和國內配套城市煤氣聯(lián)產(chǎn)甲醇是煤氣調峰的最佳選擇。該資金建設的大型煤化工項目，是河南省乃至全國煤項目對我們的設計提出了較為苛刻的要求按公稱(chēng)炭行業(yè)首家實(shí)施煤炭就地轉化生產(chǎn)城市煤e氣的社會(huì )能力設計最大能力可達年產(chǎn)8萬(wàn)t最小也能在每公益性.工程。建成投產(chǎn)五年來(lái),城市煤氣產(chǎn)量由年3萬(wàn)t的低負荷下正常運行，這樣在最大負荷生2001年的463萬(wàn)Nm3提高到2006年的3.6億產(chǎn)時(shí)每天生產(chǎn)的甲醇可吃掉一臺爐子所產(chǎn)的氣,最Nm’,甲醇產(chǎn)量達到年產(chǎn)26萬(wàn)t基本滿(mǎn)足了義馬至小負荷時(shí)每天消耗氣量約20萬(wàn)Nm3,調峰能力可達鄭州沿途200多公里、十幾個(gè)縣市數萬(wàn)戶(hù)居民的生三分之一。針對這種要求，我們對方案進(jìn)行了多次活用氣和工業(yè)用氣有力地支持了河南經(jīng)濟與和諧認真的研究和討論,對操作彈性較大的主要設備大社會(huì )的建設。膽探索集成與創(chuàng )新,尤其是對必須連續生產(chǎn)的甲醇1997年河南省化工設計院承接了義馬氣化廠(chǎng)合成的關(guān)鍵設備進(jìn)行認真細致的比選其中有甲醇年產(chǎn)5萬(wàn)t甲醇的設計任務(wù),當時(shí)國家建設該廠(chǎng)的合成塔、中間換熱器和甲醇分離器等。主要目的是生產(chǎn)城市煤氣，以解決義馬、洛陽(yáng)、鄭州甲醇合成塔的設計開(kāi)發(fā)三城市及沿線(xiàn)周邊地區的居民及企業(yè)用氣減輕大氣污染。眾所周知,居 民用氣因受時(shí)、日、季節的不甲醇合成反應器有ICI多段絕熱段間冷激型、同用氣量變化很大。按照燃氣行業(yè)的常規做法,Lurgi管殼副產(chǎn)蒸汽型、Casale軸徑向流動(dòng)型、Linde時(shí)、日的調峰-般由當地用氣的城市解決季節的調均溫型、Topsde徑向流動(dòng)型等多種型式。在綜合峰由氣源廠(chǎng)來(lái)解決。調峰措施有兩種:-是采用增剖析了諸多類(lèi)型的反應器型式后,我們認為L(cháng)urgi減氣化爐開(kāi)停臺數;二是采用與消耗煤氣的化工產(chǎn)管殼式比較適合義馬氣化廠(chǎng)城市煤氣聯(lián)產(chǎn)甲醇的工品聯(lián)產(chǎn)。我們通過(guò)多方案比較最終選擇了城市煤況條件,該反應器由幾千根管組合而成每根管子相氣聯(lián)產(chǎn)甲醇的方案,使甲醇正常負荷生產(chǎn)時(shí)可消耗，當于一個(gè)反應器,沒(méi)有放大效應操作彈性較大;同-臺爐子的產(chǎn)氣量相當于8萬(wàn)t/a甲醇的產(chǎn)量并.時(shí)該反應器具有操作簡(jiǎn)單、溫度易于控制、副產(chǎn)中壓且要求有較大的操作彈性,調峰能力至少要達到三分之一。因此必須對甲醇生產(chǎn)的甲醇合成反應器蒸汽、催化劑裝卸方便、開(kāi)工簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。等關(guān)鍵設備進(jìn)行改進(jìn),以增加反應器的操作彈性。1.1 甲醇合成塔結構的改進(jìn)而氣源廠(chǎng)解決的方法無(wú)非是多開(kāi)一臺或少開(kāi)一臺氣我們在Lurgi管殼式等溫反應器的基礎上對甲化爐該氣化廠(chǎng)的設計能力是每天生產(chǎn)凈煤氣120醇合成塔進(jìn)行改進(jìn)設計根據凈煤氣工況和物料、熱萬(wàn)Nm3三臺氣化爐為二開(kāi)一備停開(kāi)一臺就等于減量衡算對甲醇合成反應器在總體結構，上按照傳統收稿日期2006-12-12作者簡(jiǎn)介李福達( 1945- )男高級工程師從事化工設備的設計與開(kāi)發(fā)工作電話(huà)( 0371 )68567838。第2期李福達等城市煤氣聯(lián)產(chǎn)甲醇設備的設計管殼式等溫反應器進(jìn)行主體設計并對高徑比、反應對于一定直徑的殼體欲使其管程能裝填足夠多的器直徑及部分內部結構形式進(jìn)行改進(jìn)。確定合適的催化劑就應當在其中盡量多地排列管子使換熱管高徑比為2.92塔徑ψ3000布置3709根φ38x的壁厚減少到最薄,這就要求設計者應根據材料的2的換熱管而相同塔徑φ3000的Lurgi殼式等溫選擇和制造工藝的可能性綜合考慮管間距的最小反應器的高徑比為3.13 φ 38 x2的換熱管僅布置值。為此管材的選擇也非常重要。齊魯二化引進(jìn)3 555根,即降低反應器高徑比約6.71%縮短了換西德魯奇年產(chǎn)10萬(wàn)t甲醇合成塔的管子采用瑞典.熱管布置間距相當于增加換熱管數量4.33%。3RE60雙相不銹鋼，,雙相不銹鋼克服了一般奧氏體1.2在換熱管的適 當位置增設支撐破膜環(huán)不銹鋼具有應力腐蝕破裂敏感性的缺陷其顯微組甲醇合成反應是一-強放熱反應,反應溫度為織細具有更高的強度和耐均勻腐蝕的能力;另一突200 ~280 C空速為6000~10 000 h-。隨著(zhù)反應出特點(diǎn)是其線(xiàn)熱膨脹系數遠小于奧氏體不銹鋼,與的進(jìn)行合成反應器的換熱器必須能將甲醇合成反.碳鋼接近這一特點(diǎn)對這臺設備至關(guān)重要,因為前面應熱及時(shí)移走,以避免合成反應器觸媒床層升溫過(guò)已分析過(guò)這臺設備殼體必須為低合金高強度鋼。殼熱使催化劑燒結而導致無(wú)法正常生產(chǎn)。甲醇合成反程在這種操作壓力( 4.6 MPa )下無(wú)法設置膨脹節應器換熱器的管外熱載體為沸水在和甲醇合成反換熱管若采用奧氏體不銹鋼,管子和管板將無(wú)法承應器換熱過(guò)程中管殼的沸水迅速汽化時(shí)易形成渦受這樣大的溫度應力。與奧氏體不銹鋼相比,雙相流上升使換熱器形成振動(dòng)而影響換熱器的使用壽不銹鋼的導熱系數大適合制作熱交換器的管芯換命。在甲醇合成反應器換熱管外壁,增加彈性擋圈熱效率比奧氏體不銹鋼高。與第-代雙相不銹鋼相開(kāi)頭的卡環(huán),有效地破除蒸汽渦流上升時(shí)產(chǎn)生的汽比第二代2205雙相不銹鋼的含碳量更低且添加了液不均相,從而增加傳熱系數,同時(shí)起到加固作用，氮 耐局部腐蝕能力強具有較高的抗焊后熱影響區防止汽化渦流上升沖擊支撐板而引起換熱器振動(dòng)。內晶間腐蝕能力。我院曾為濮陽(yáng)甲醇廠(chǎng)設計過(guò)這種合成塔,自 1991年2中間換熱 器的設計投產(chǎn)以來(lái)使用情況良好,設備直徑為2.6 m而當時(shí)齊魯二化引進(jìn)西德魯奇年產(chǎn)10萬(wàn)t甲醇合成塔直中間換熱器主要是利用經(jīng)過(guò)合成反應的出塔高徑是2.8 m。溫氣體將進(jìn)入合成塔前的合成氣加熱盡量提高進(jìn)1.3材料的國產(chǎn)化設計塔溫度是這臺設備設計的關(guān)鍵。作為國內第一臺國產(chǎn)化的甲醇合成反應器,設2.1采用 單管程換熱器計難度很大機械設計要求高設備復雜制造困難,為了減小換熱器直徑采用單管程換熱器這就對材料及制造方面的難度都很高尤其是直徑大時(shí)，使換熱管長(cháng)度達 12 m ;油于熱膨脹量大只能采用浮對設計和制造以及材料的選擇就更加困難。頭式但管程出氣管又不能直接穿出外殼,因為這樣.根據工藝計算,反應器直徑應為3 m設計壓力出氣管與外殼之間密封是個(gè)難題。為此我們采用5.6 MPa ,設計溫度300 C。在這樣的直徑壓力和了出氣管在殼體內收縮的結構,因管、殼程間只存在溫度條件下國內材料的選擇是-個(gè)很棘手的難題，阻力壓差填料密封可以解決問(wèn)題。尤其是筒體材料的選擇,因為在同樣條件下其厚度2.2增大傳熱系數比球形封頭大一倍必須采用高強鋼來(lái)減薄筒體厚增大傳熱系數,使被加熱合成氣走管內縮小換度。通過(guò)詳細調查和查閱資料發(fā)現在鍋爐制造行熱管管徑,且管內增設類(lèi)似靜態(tài)混合器結構的擾流業(yè)大量使用的13MnMoNbR( BHW35 )板材塑性好,元件。冷脆轉變溫度低焊接性能好焊接工藝簡(jiǎn)單,減小2.3避免羰基鐵的生成了制造難度增強了設備制造的可靠性,雖含Mo量殼程內溫度處于羰基化物生成的條件,為避免不到0.5Mo(實(shí)際為0.3Mo),強度指標稍低于羰基鐵的生成我們對殼體內壁加以特殊處理。18MnMoNbR(兩者σ。分別是570 MPa和590MPa )。但作為筒體所接觸的介質(zhì)是水,作為管板可高效復合型甲醇分離器的設計在管程側堆焊抗氫腐蝕材料,可以完全滿(mǎn)足使用要甲醇合成后的氣體從冷凝器出來(lái)后大部分甲求。(下轉第52頁(yè))盛裝催化劑的換熱管是這臺設備的核心部件,河南化工52.HENAN CHEMICAL INDUSTRY2007年第24卷柔性連續耐高溫抗腐蝕碳纖維抽油桿的研制兩個(gè)項東華魯恒升化工股份有限公司建成開(kāi)車(chē)后實(shí)現了目,日前通過(guò)了山東省科技廳組織的技術(shù)鑒定。長(cháng)周期穩定高效運行,年產(chǎn)合成氨突破32萬(wàn)t。這混雜纖維增強復合材料的開(kāi)發(fā)及其應用研究項套裝置的運營(yíng)成功將徹底改變我國大型化肥裝置長(cháng)目利用碳纖維、金屬纖維及無(wú)機礦物纖維等作為混期依賴(lài)進(jìn)口的局面。1月18日,中國石油和化學(xué)工雜增強纖維充分發(fā)揮了碳纖維減摩質(zhì)輕、金屬纖維業(yè)協(xié)會(huì )、山東華魯恒升化工股份有限公司舉辦自主.高強導熱、無(wú)機纖維耐熱價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)利用環(huán)保型的創(chuàng )新與核心競爭力一華 魯恒升可持續發(fā)展戰略高改性樹(shù)脂作為基體達到無(wú)粉塵污染和低有機物排峰論壇總結探討化工行業(yè)實(shí)現自主創(chuàng )新走可持續放的雙重效果制備的復合材料具有良好性能。所發(fā)展道路的新模式。研制的混雜纖維增強復合材料組成設計先進(jìn)材料由山東華魯恒升公司承擔的這一項目是全國來(lái)源廣泛制作工藝簡(jiǎn)單,應用前景廣闊?；市袠I(yè)第-套依托自主技術(shù)建設的國產(chǎn)化項目,柔性連續耐高溫抗腐蝕碳纖維抽油桿的研制采項目采用擁有國內自主知識產(chǎn)權的潔凈煤氣化及大用酚醛樹(shù)脂為基體羥基硅油為固化增韌體系,成功型化肥國產(chǎn)化裝置成套技術(shù)采用我國分布廣泛、價(jià)研制了新一代碳纖維抽油桿既具有高的比強度、比格低廉的煙混煤取代價(jià)高緊缺的無(wú)煙煤為主要原模量、疲勞強度、耐磨性又具有耐腐蝕性、耐高溫、料在當前石油、天然氣日益緊缺的情況下,可以有較高的韌性等性能。該項目開(kāi)發(fā)的拉擠生產(chǎn)過(guò)程計效地緩解原料限供和漲價(jià)帶給化肥企業(yè)的壓力具算機模擬技術(shù)可有效優(yōu)化現有生產(chǎn)工藝;所開(kāi)發(fā)的有較大的發(fā)展空間;同時(shí)對中小氮肥企業(yè)實(shí)現產(chǎn)業(yè)耐高溫抗腐蝕抽油桿生產(chǎn)和系統作業(yè)計算機軟件系升級也提供了技術(shù)支持。統能夠有效地指導礦場(chǎng)作業(yè)。專(zhuān)家認為,該項目的投產(chǎn)實(shí)現了我國大氮肥技術(shù)、裝備和原料結構的重大突破改寫(xiě)了我國大型化大氮肥可持續發(fā)展新模式肥建設依靠引進(jìn)的歷史對促進(jìn)我國化肥和裝備制國家十五”重大科技攻關(guān)項目一全國首套造業(yè)的發(fā)展具有重要意義。大氮肥裝置國產(chǎn)化技改示范工程于2004年底在山(上接第39頁(yè))螺栓不斷變形伸長(cháng)開(kāi)始微量泄漏,合成氨生產(chǎn)的中醇被冷凝下來(lái)流入粗甲醇儲槽，氣體中還有少量甲壓變換使用的熱交換器就出現類(lèi)似的現象,在生產(chǎn)醇進(jìn)入甲醇分離器依靠分離器將剩余的甲醇分離。過(guò)程中需經(jīng)常擰緊大法蘭的螺栓。為避免此種麻為了提高分離器的分離效率我們在多套甲醇裝置煩,有些設計不設置大法蘭而將其直接焊死在停車(chē)的設計中嘗試采用了各種形式的分離方式,如用洗檢修時(shí)將其割開(kāi)然后再將其焊死?？紤]到以上的滌方法將氣體中的甲醇吸收,吸收的稀甲醇液送預原因這兩臺設備不設置大法蘭而只設置人孔法蘭，塔吸收后的氣體經(jīng)過(guò)多級分離除去夾帶物。根據為使密封可靠采用金屬環(huán)墊片密封效果很好。義馬氣化廠(chǎng)城市煤氣聯(lián)產(chǎn)甲醇的特點(diǎn)我們要設計出操作彈性大的分離器,即要適應較大的氣量和洗5實(shí)施效果滌液量的變化為此我們將板式塔、旋流板、旋風(fēng)、絲河南義馬城市煤氣聯(lián)產(chǎn)甲醇裝置自2001年11網(wǎng)等多種結構巧妙組合取得較好的效果。月開(kāi)車(chē)運行截止2006年12月30日累計連續生產(chǎn)61個(gè)月，正常日產(chǎn)城市煤氣91 x10* Nm3、 甲醇4密封結構可靠 性的設計240t最高日產(chǎn)甲醇345t,正常生產(chǎn)調峰能力為35甲醇合成反應器和中間換熱器兩臺設備工作條萬(wàn)Nm'/d。件相近都在中溫( 300 C )中壓(5 MPa左右)下工實(shí)踐證明,甲醇合成塔等主要設備的開(kāi)發(fā)設計作。根據以往的經(jīng)驗,在這種條件下法蘭密封很難是先進(jìn)合理的實(shí)現了城市煤氣聯(lián)產(chǎn)甲醇裝置的穩.保證，因為即使按墊片所需密封比壓的要求將連接定、高效運行,甲醇、煤氣產(chǎn)量在較大范圍內可以調螺栓擰緊，但在工作過(guò)程中由于溫度和壓力的原因節使城市煤氣質(zhì)量完全達到了國家標準。